Post on 29-Aug-2019
书书书
第!"
卷 第#
期
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学
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大气科学!
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收稿日期!
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$%&% %& $#
收修定稿
资助项目!
国家自然科学基金资助项目"%@K#%%#
!国家重点基础研究发展计划项目$%&%(L"$M@%$
!教育部留学回国人员科研启动基金项
目
作者简介!
银燕!男!
&'@$
年出生!博士!教授!主要从事大气气溶胶"云降水等方面的研究(
NO72*3
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I
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I
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热带深对流云对!"
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的垂直输送作用
银燕&
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曲平&
!
$
!
金莲姬&
!
陈宝君!
&
南京信息工程大学 中国气象局大气物理与大气环境重点开放实验室!南京!
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天津市气象科学研究所!天津!
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南京大学大气科学学院!南京!
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摘!
要!
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Q9239/+;N96*/+
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场试验期间在澳大利亚北部达尔文地区取得的(?
"
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"
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!
飞机探测资料!并结合RA:CEQP
后向轨迹
模式结果!分析这几种气体成分在对流卷云砧内外的分布情况!并探讨热带深对流云对于污染气体的垂直输送作
用(分析结果显示!在孤立对流云卷云砧中!云砧内部?
!
"
=?
"
=?
!
浓度均大于云外)而(?
则不同!只有在近
地面浓度高时才如此!在近地面浓度较小时!卷云砧内部的浓度反而小于云外(进一步分析造成这两类气体分布
差异的原因!发现(?
主要借助深对流云将对流层下层以及对流云周围环境中的(?
夹卷并动力垂直输送到对流
云顶部卷云砧中!而对于?
!
"
=?
和=?
!
来说!除了上述作用以外!还可能与对流云内部其他物理机制 %如闪
电&!造成新的?
!
"
=?
和=?
!
有关!这些新生气体随着风暴内部强烈的上升气流被最终输送进云砧中(
关键词!
生物质燃烧!
垂直输送!
季风!
卷云砧
文章编号!
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中图分类号!
C"$@<#
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文献标识码!
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!
2+J*39*110-
<
!
引言
深对流云是大气质量垂直输送的主要载体!其
中的强烈上升气流能够使各种痕量气体和气溶胶在
相对较短的时间内由边界层源区输送到对流层上层
甚至平流层低层 %
()264*,3G2+G(106U,+
!
&'M"
)
V*9X,1-/+,623>
!
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)
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D
,623>
!
&'M'
&(
(/66/+,623>
%
&''#
&通过对全球对流层大气成分收
支情况的估计!指出由深对流造成的边界层大气垂
直输送每年大约有'%
次!其中很大一部分能够到
达对流层上层(深对流在热带地区甚至可把边界层
大气直接输送到对流层顶或平流层低层(通常这些
被垂直输送到高层的痕量气体和气溶胶具有比在大
气低层更长的生命期或滞留时间!因此深对流云对
这些气体和气溶胶在对流层的再分布影响很大(
L1/T,33,623>
%
&''@
&通过分析在&''$
年'
"
&%
月的PZ5(NO5
%
P12+-
8
/162+G567/-
8
),1*9
(),7*-61
I
=,216),N
[
026/1O5632+6*9
&试验和\PN
%
=5:5\3/H23P1/
8
/-
8
),1*9N]
8
,1*7,+6
&试验的
观测数据发现'巴西地区大范围燃烧产生的烟流可
以被对流风暴输送到对流层上层并通过光化学作用
生成大量?
!
!并在向下游的平流输送作用下到达
南大西洋上空!而在深对流影响较小的时期!燃烧
烟流仅在@X7
高度以下的范围内通过平流输送到
大西洋的上空(高会旺等 %
&''M
&利用一个欧拉型
硫沉降模式研究了积云对硫污染物垂直输送的作
用!模拟结果表明积云引发的垂直气流可使对流层
高层的硫污染物浓度增加#%̂
"
"%%̂
(李冰等
%
&'''
!
$%%&
&则利用一个耦合的冰雹云_
化学模
式模拟了我国陕西一次单体积云对流的发展过程及
其对对流层?
!
和=?
!
等化学成分再分布的作用(
他们的模拟结果表明!云内强烈的垂直输送能在!%
分钟内把低层低体积分数的?
!
和高体积分数的
=?
$
快速并有效地输送到对流层上部!造成化学物
质的再分布(
PT/)
I
,623>
%
$%%$
&对美国中西部地
区中尺度对流风暴卷云出流区附近的大气成分和新
气溶胶质粒的形成进行了研究!他们发现(?
浓度
由出流区外部的&%%
88
H
%
&%
_'
!体积浓度!下同&
增大到出流区内的&!%
88
H
(此外!他们还观测到
=?
的浓度也由出流区外的几乎为零增大至出流区
内的&#%%
88
6
%
&%
_&$
!体积浓度!下同&(尽管他们
未对云的入流区进行观测!但上述结果已明确表
明!深对流云能将低层大气的化学成分垂直输送到
对流层顶!这些成分随后通过卷云出流区被有效地
输送到更大的区域(
热带深对流云对全球能量平衡"水物质和大气
成分的垂直再分布起关键作用(相对于地球上的其
他地区来说!由于观测资料有限!对热带深对流云
垂直输送作用的研究还相对较少(本文利用于
$%%#
年&&
月至$%%@
年$
月在澳大利亚北部达尔
文地区实施的5(PQ;N
%
5,1/-/32+G(),7*923
P12+-
8
/16*+61/
8
Q9239/+;N96*/+
&外场试验所取
得的的(?
"
?
!
"
=?
和=?
!
飞机观测资料!通过
分析这几种气体成分在对流风暴致生的卷云砧内外
的分布情况!探讨深对流云对于污染气体的垂直输
送作用(
=
!
外场试验和相关仪器简介
5(PQ;N
试验是由英国"加拿大等几个国家共
同资助的国际综合观测项目!其主要目的是理解不
同尺度对流过程对气溶胶和痕量气体的垂直输送作
用 %
;20
D
)2+,623>
!
$%%M
&(
5(PQ;N
外场试验选
择澳大利亚北部的达尔文 %
&$>"&̀:
!
&!%>'̀N
&及
其以北的PQaQ
岛附近地区作为实验观测区域!试
验时间选在$%%#
年末至$%%@
年初!其主要原因是
该地区'%
&
&局地人类活动影响较小(达尔文地区
人口稀少!人为排放对大气的影响很小(该地区的
经济以畜牧业"矿业"旅游业和政府服务业为主!
工业污染的影响也基本可以排除(%
$
&生物质的燃
烧现象发生频繁(
PQaQ
岛和澳大利亚大陆上!桉
@$'
大!
气!
科!
学
()*+,-,./01+23/4567/-
8
),1*9:9*,+9,-
!!!
!
!"
卷
;/3<!"
树林的覆盖比率很高!尤其是在东部沿海地区(在
每年的春末秋初和夏季!这里气候干热多风!大面
积的森林火灾在澳洲大陆就成了十分常见的生态现
象(良好的森林覆盖和干热的气候条件常造成长达
!
"
#
个月的火灾危险期 %高瑞平!
&''"
&(%
!
&季风
环流的影响(该试验区域全年可划分为湿季和干
季(湿季约从&&
月到次年"
月 %
R/332+G
!
&'M@
&!
由夏季风盛行期 %在"%%)C2
以下盛行西风&和夏
季风建立*间断期 %中低层盛行偏东风&组成
%
b,,+2+,623>
!
&''%
&(%
"
&对流风暴(在V21T*+
地区北部的PQaQ
岛上空海风辐合常常会产生十分
壮观的风暴 %
(21H/+,,623>
!
$%%%
&!这种被当地人
称作 +
R,96/1
,的风暴几乎在每天的同一时间段发
生!成为研究热带深对流云的天然实验室(在季风
的建立期和间断期!对流活动主要由孤立的单体风
暴控制(这种巨大的 +
R,96/1
,风暴!比季风时期
的风暴更为深厚!且有着更为活跃的电过程!其高
度可以达到甚至穿透对流层顶 %
&KX7
&!并能将对
流层低层气团直接抬升注入热带对流层顶层 %
61/
8
O
*92361/
8
/
8
20-,32
I
,1
!简称PPE
&或热带平流层低
层 %
61/
8
*9233/T,1-6126/-
8
),1,
!简称PE:
&(除此
之外!达尔文地区完善的气象观测设备和机场条件
也是选择在该地进行外场试验的主要原因(
5(PQ;N
试验共使用两架飞机分别对对流层
低层和对流层高层深对流云砧卷云区气溶胶和大气
成分进行观测(
533,+,623>
%
$%%M
&对低层飞机观
测结果进行了分析!本文则重点分析利用澳大利亚
N
D
1,66
高空飞机对对流云卷云区痕量气体的探测结
果(在本文所涉及的试验中!
N
D
1,66
装载相关设备
从达尔文机场起飞!在达尔文地区以及PQaQ
岛上
空进行探测(该飞机飞行高度可达
!飞行速
度约为M%
"
&%%7
*
-
!一般在&%X7
以上的高空平
飞!对卷云进行穿云探测(粒子的取样间隔为#-
和&%-
!气体的取样间隔为&-
!相对较慢的飞行速
度辅以较短的取样间隔提高了探测数据的时空分辨
率(飞机携带仪器如表&
所示(
$
!
结果分析
$><
!
云内外!"
!
"
$
!
#"
和#"
!
综合对比分析
为了更清晰地说明云内外气体分布的差异!本
文只选择相对孤立的对流云云砧个例进行分析比
较(根据澳大利亚气象局对夏季风转变时期的界定
以及R/332+G
%
&'M@
&对该区域季节的气候学研究!
整个试验期间可大致划分为季风建立期 %
$%%#
年
&&
月'
日"
&$
月&&
日!其中$%%#
年&&
月'
"
!%
日也被称作燃烧期&"季风盛行期 %
$%%@
年&
月&!
日"
$
月!
日&"季风间断期 %
$%%@
年$
月"
"
&K
日&等不同阶段!且在不同时期会出现性质截然不
同的对流(
b,,+2+,623>
%
&''%
&通过卫星监测得出的研
究结果表明!
PQaQ
岛在夏季风建立期雷暴日的比
例达到'!̂
!在湿季的其它时期!岛上的对流活动
也较为频繁(
b,,+2+2+G(21H/+,
%
&''$
&的研究
认为!无论是夏季风建立期"间断期!还是季风盛
行期!海陆风交汇可能是该区域对流的主要触发机
制!然而这两个时期的对流有明显的差异(在夏季
风建立期和间断期!对流活动主要出现在陆地上!
通常以日周期明显的对流复合体为主 %
b,,+2+,6
23>
!
&'MM
&)夏季风盛行期!陆地和海洋上都频繁出
现对流!形成天气尺度的组织!经常以带状形式向
东或向西传播 %
b,,+2+2+GL1/G
I
!
&'MM
&!日周期
同样存在但并不显著!且日变化中最强对流出现时
表<
!
?
@
'&((
飞机装载仪器
-+4,&<
!
?
@
'&((
0
+
5
,1+3
仪器 探测内容 测量原理 取样间隔
\C:
和c,6
飞行位置"气温"气压和风速 %
&RU
& *
&-
(?2+23
I
U,1 (?
浓度 %
&RUd$
88
H
& 荧光&-
PNO"'(S;?U/+,-,+-/1
?
!
浓度 %
d$
88
H
&
S;
射线吸收&-
=?2+G=?
$
9),7*307*+,-9,+6G,6,96/1 =?
和=?
!
浓度 %
88
6
& 化学发光&-
:NC((3/0GC216*93,Q72
D
,1
%
(CQO$!%
& 云中冰晶粒子形状和数浓度谱 %
#
"
$!%%
#
7
& 光学散射&%-
VcP(3/0G2+G5,1/-/3:
8
,961/7,6,1
%
(5:
& 气溶胶和云粒子数浓度谱 %
%>#"
"
#%7
& 光学散射#-
VcP(3/0GQ72
D
*+
D
C1/H,
%
(QC
& 云粒子数浓度谱 %
$%
#
7
"
$77
& 光学散射#-
K$'
#
期!
=/<#
银燕等'热带深对流云对(?
"
=?
"
=?
!
和?
!
的垂直输送作用
AQ=A2+,623>;,16*923P12+-
8
/16/4(?
!
=?
!
=?
!
!
2+G?
!
H
I
P1/
8
*923V,,
8
(/+J,96*J,(3/0G-
!!!
间与夏季风建立时期不一致 %
b,,+2+,623>
!
&'MM
&(
R/332+G
%
&'M@
&和V1/-G/T-X
I
%
&''@
&认为!夏季
风建立期和间断期的对流具有大陆性!强度较大)
而夏季风盛行期间的对流则多为海洋性的!强度较
小(许多观测事实证实了该观点(
a*33*27-,623>
%
&''$
&"
Z063,G
D
,,623>
%
&''$
&"
b,,+2+2+G(21O
H/+,
%
&''$
&都曾观测到夏季风间断期的对流单体
中存在着更活跃的电过程!单体的雷达反射率高值
中心也位于更高的高度)
P/129*+62,623>
%
$%%$
&对
PZcc
%
P1/
8
*923Z2*+4233c,2-01*+
D
c*--*/+
&卫
星资料进行分析的结果表明!大陆性风暴的高度比
起海洋性风暴有更高的高度和更大的冰水含量)
c2
I
2+GL233*+
D
,1
%
$%%K
&利用V21T*+
雷达的PQO
P5=
%
P),P)0+G,1-6/17QG,+6*4*926*/+
!
P129X*+
D
!
5+23
I
-*-
!
2+G=/T92-6*+
D
&产品%
V*]/+2+Ga*,+,1
!
&''!
&分析了$%%!
年&&
月至$%%"
年$
月期间对流
元的统计特征!分析结果表明夏季风盛行期对流活
动发生的平均高度较间断期有一定降低(
通过上述研究可以发现达尔文地区夏季风建立
期和间断期有着比季风盛行期更大强度的对流(
本次试验中相关雷达资料 %
(
波段双线偏振雷
达的雷达反射率因子图像资料以及L,11*72)
雷达
降水强度资料&也显示出上述特征(季风建立期盛
行大陆性对流!且对流风暴回波顶的高度可以超过
&KX7
(雷达雨强图所显示的雨强经常可达到重
度(季风盛行期对流活动大大减弱!对流风暴回波
顶通常在&%X7
高度以下!当地的降水也相应地急
剧减少(这期间的雷达雨强图上通常只显示轻微的
降水量!降水面积也急剧缩小!且只有较为零星的
分布(季风间断期的雷达回波图与雨强图显示PQO
aQ
岛附近又开始盛行孤立的深对流风暴!并逐渐
延伸到澳大利亚大陆上(对流活动也逐渐由$
月@
日的单体风暴逐渐增强为$
月'
日的多单体风暴(
表$
和表!
中分别给出5(PQ;N
试验中孤立
对流卷云砧全部个例中的(?
和?
!
的探测结果!
其中5N%"
"
5N%@
"
5N&&
和5N&!
处于季风建立
期!
5N&M
在季风盛行期!
5N$#
"
5N$@
和5N$K
为
季风间断期的探测个例(
平飞时的云中数据基于N
D
1,66
飞机携带的
(5:
"
(QC
与(CQ
所探测到的云区位置进行判断!
云中数据符合以下三个条件'%
&
&
(QC
探测到的粒
子 %
(QC
测量粒子粒径范围大于$%7
&总数浓度不
表=
!
卷云砧内外!"
浓度值 "
00
4
#
-+4,&=
!
!"*1.*&.('+()1.;)(A).+.318(/)3&12+.7),/
"
00
4
#
平均值 云下 最低探测高度 不同高度范围平均值!!!
穿云探测高度
范围*X7
架次 日期 云内 云外 最大值 所处高度*7
数值 高度*7 $%%%7 "%%%7 @%%%7 M%%%7
5N%" $%%#O&&O&@ M$>K K!>" &@@>K% $$'K &!'>% @'% &!#>$" &%%>%& &%!>K# '$>'@ &!>$
"
&!>M
5N%@ $%%#O&&O!% M%>& KM># &&K>#@ !&!! &%$>& K"% MM>"! '&>K& M$>'& M$>'M &&>@
"
&">&
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"
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"
&">&
表$
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卷云砧内外"
$
浓度的特征值 "
00
4
#
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平均值 云下 最低探测高度 不同高度范围平均值!!!
穿云探测高度
范围*X7
架次 日期 云内 云外 最大值 所处高度*7
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"
&">&
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"
&#>%
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"
&">&
M$'
大!
气!
科!
学
()*+,-,./01+23/4567/-
8
),1*9:9*,+9,-
!!!
!
!"
卷
;/3<!"
为%
)%
$
&
(CQ
探测到的粒子 %
(CQ
测量粒子粒径范
围大于#7
!且(CQ
数据经过订正后只保留了在卷
云中探测到的数据部分&总数浓度不为%
)%
!
&
(5:
连续测到了粒径大于$7
的粒子且含水量大
于&%
_"
D
*
7
!的区域(
图&
!
5N%"
飞行探测中冰水含量 %
Qa(
&%
2
&"
(?
浓度 %
H
&"
=?
!
浓度 %
9
&和=?
浓度 %
G
&随时间的变化(飞机飞行高度也在图中标出
W*
D
>&
!
%
2
&
P),*9,T26,19/+6,+6
%
Qa(
&!%
H
&
(?9/+9,+6126*/+
!%
9
&
=?
!
9/+9,+6126*/+
!
2+G
%
G
&
=?9/+9,+6126*/+G01*+
D
43*
D
)65N%">
P),43*
D
)6236*60G,*-23-/-)/T+
因=?
与=?
!
可利用的探测架次极少!所以
没有进行类似的列表!但是将在后面的个例分析
中!用图来进行展示(
由于飞机在云下飞行时很少有平飞阶段!因此
表$
和!
中给出的不同高度范围的平均值各取垂直
&%%%7
范围内数值作平均!例如表中所示$%%%7
处的平均值为&#%%7
至$#%%7
高度之间飞机上
升"下降和平飞过程中所有数据的平均值(从表!
中可以看出!所有?
!
个例都是云中值大于云外值!
平均浓度值也可相差达&!
88
H
%
5N$@
&!而在个别
个例中云内外(?
浓度值瞬时值最大可相差"@
88
H
%表中未给出&(
=?
与=?
!
由于探测日数极少!只
给出&
个个例 %见图&
&!亦为云中大于云外(而
(?
的情况 %表$
&则与前三者不同!在季风建立期
的几个个例中!
(?
浓度均为云内大于云外!其中
5N%@
的探测任务为横穿大范围独立云砧边缘!因
此云内外(?
浓度平均值相差不大!但还是呈现出
云内大于云外的特征(季风间断期则相反!为云外
大于云内!且相差达K
88
H
(从表$
中还可以看出!
季风间断期对流层下层的(?
浓度远低于季风建立
期(
图&
和图$
给出5N%"
%
$%%#
年&&
月&@
日&
和5N&&
%
$%%#
年&$
月@
日&两个架次的探测个
例!两次探测都是处于季风建立期(由于仪器故障
与探测任务安排方面的原因!本文无法给出同一天
的=?
"
=?
!
"
(?
和?
!
在云砧内外的对比(因此!
在5N%"
个例中给出(?
"
=?
和=?
!
)在5N&&
个
例中给出(?
和?
!
(图&
和图$
给出的信息包括
由(CQ
探测的云粒子数浓度计算的冰水含量 %金莲
'$'
#
期!
=/<#
银燕等'热带深对流云对(?
"
=?
"
=?
!
和?
!
的垂直输送作用
AQ=A2+,623>;,16*923P12+-
8
/16/4(?
!
=?
!
=?
!
!
2+G?
!
H
I
P1/
8
*923V,,
8
(/+J,96*J,(3/0G-
!!!
图$
!
5N&&
飞行探测中冰水含量 %
2
&"
(?
浓度 %
H
&"和?
!
浓度 %
9
&随时间的变化(飞机飞行高度在图 %
2
&中标出
W*
D
>$
!
%
2
&
P),Qa(
!%
H
&
(?9/+9,+6126*/+
!
2+G
%
9
&
?
!
9/+9,+6126*/+G01*+
D
43*
D
)65N&&>P),43*
D
)6236*60G,*-23-/-)/T+*+
%
2
&
姬!
$%%K
&!飞机飞行高度以及上述几种气体的浓
度分布!其中云区位置为(CQ
冰水含量大于%
的部
分(
图&
和图$
中给出的信息包括整个探测过程的
数据!即飞机上升"下降和在不同高度反复平飞穿
云的过程(这两个个例均为横穿独立卷云砧探测!
因此!两幅图中含水量的每一个峰值即为一次穿云
过程(图&
和图$
清楚地显示!有云的区域 %云含
水量较大&
(?
"
=?
"
=?
!
和?
!
的浓度均有所增
加(
$>=
!
云内外!"
浓度差异的个例分析
下面!在季风建立期与季风间断期各选择&
个
个例进行(?
浓度分布的对比(每个个例选择&
个
平飞穿云航段(图!
%见文后彩图&为所选择的
5N%"
和5N$@
这两个个例中两个时刻的卫星云
图!图中白色直线为所选取的航段的穿云路线(
这两个个例都是独立对流云云砧!且云砧只有
一个核心区!云粒子在中心部位最浓(图!2
中所
表示航段的探测时间为%K
'
$K
"
%K
'
!@
%协调世界时!
下同&!图!H
所表示的探测时间为%'
'
&&
"
%'
'
$K
(
两个航段高度相近!分别为&!>$X7
和&!>MX7
(图
!2
中的云砧逐渐向南伸展移动!而图!H
中的云砧
逐渐向西北方向伸展移动(
图"2
D
分别给出了两个个例中云冰粒子数浓
度"
(?
和?
!
浓度以及同高度风速和风向的变化
情况(从图"2
"
H
"
G
"
,
中可以看出!云中(?
浓度
较大!云外浓度较低!云内外相差可达#%
88
H
以
上)在云中云粒子数浓度较大处(?
浓度较大!边
缘较小(云的边缘由于与周围空气的混合和交换使
得(?
有一定程度的稀释)云中来自卷云出流区方
向的风速越大%北风!云砧南移&!
(?
浓度也越大(
除了(?
!图"4
给出了5N$@
个例中?
!
的浓度分
布(可以看出?
!
浓度为云内"
云外!与5N%"
的
(?
分布规律较一致!而(?
则为云外"
云内!云
边由于和外界空气混合!较之云中心浓度大(那
么!这是为什么-
$>$
!
生物质燃烧对对流层上层!"
和"
$
浓度的影
响
上述结果说明!在季风建立期!
(?
和?
!
在对
流云出流区浓度都是云内大于云外!而在季风间断
期(?
浓度是云外大于云内(为理解(?
浓度在季
风不同时期云内外差异的原因!分别计算了各时期
不同高度层上气流的#
天后向轨迹!见图#
和图@
(
图#2
"
H
分别是季风建立前生物质燃烧期 %
$%%#
年
&&
月'
日至!%
日&和季风建立期 %
&$
月&
日至&&
日&对流层中低层$X7
和"X7
高度附近观测日#
天后向轨迹图!图#9
"
G
分别是季风盛行期和间断
期同样高度层的情况!同样地!图@2
"
G
表示对流
层中高层@X7
和MX7
的情况(这些图是基于
=(NC
%
=26*/+23(,+6,1-4/1N+J*1/+7,+623C1,O
%!'
大!
气!
科!
学
()*+,-,./01+23/4567/-
8
),1*9:9*,+9,-
!!!
!
!"
卷
;/3<!"
图"
!
5N%"
飞行探测中在&!>$X7
高度平飞期间探测到的冰晶数浓度 %
=(
&%
2
&"
(?
浓度 %
H
&以及水平风速和风向 %
9
&随时间的变化)
5N$@
飞行探测中在&!>MX7
高度平飞期间探测到的冰水含量 %
G
&"
(?
%
,
&和?
!
%
4
&浓度以及水平风速和风向 %
D
&随时间的变化
W*
D
>"
!
%
2
&
P),+07H,19/+9,+6126*/+
%
=(
&
/4*9,
8
216*93,-
!%
H
&
(?9/+9,+6126*/+
!
2+G
%
9
&
6),T*+G-
8
,,G2+GG*1,96*/+7,2-01,G26&!>$O
X7236*60G,G01*+
D
43*
D
)65N%"
)%
G
&
6),Qa(
!%
,
&
(?9/+9,+6126*/+
!%
4
&
?
!
9/+9,+6126*/+
!
2+G
%
D
&
6),T*+G-
8
,,G2+GG*1,96*/+7,2-01,G
26&!>MOX7236*60G,G01*+
D
43*
D
)65N$@
G*96*/+
&的W=E
%
W*+235+23
I
-,-
&气象资料!采用
=?55
的RA:CEQP
后向轨迹模式计算绘制的(
图K
%见文后彩图&则给出了试验期间澳大利
亚大陆的c?VQ:
火点分布图!其中图K2
"
H
是季
风建立期!图K9
季风盛行期!图KG
季风间断期(
结合分析图@
和图K
可以发现如下特征'
季风建立期!达尔文当地以及澳大利亚大陆生
物质燃烧现象较强!加之对流层下层盛行来自内陆
的东风 %图#2
"
H
!图@2
"
H
!内陆东风带来沿途的
燃烧烟团中的污染气体!使得达尔文地区对流层下
层污染气体浓度较高(该时期近地面的海风环流能
够产生从孤立的单体风暴直至大范围飑线的对流风
暴!如此深厚的对流系统常能使云顶高度超过&M
X7
!从而可以将边界层空气通过垂直输送迅速注
入到对流层顶附近的区域(相关的雷达资料也显
示!该时期盛行大陆性对流!且对流风暴回波顶的
高度可以超过&KX7
%
;20
D
)2+,623>
!
$%%M
&(
季风盛行期 %图#9
"图@9
&!对流层下层盛行
来自遥远海面上的清洁西风!使得达尔文地区的污
染气体含量下降!季风间断期 %图#G
"图@G
&虽然
&!'
#
期!
=/<#
银燕等'热带深对流云对(?
"
=?
"
=?
!
和?
!
的垂直输送作用
AQ=A2+,623>;,16*923P12+-
8
/16/4(?
!
=?
!
=?
!
!
2+G?
!
H
I
P1/
8
*923V,,
8
(/+J,96*J,(3/0G-
!!!
图#
!
%@
'
%%
%
&#
'
!%E:P
&高度"X7
以下=?55RA:CEQP
模式#
天后向轨迹'%
2
&生物质燃烧期)%
H
&季风建立期)%
9
&季风盛行期)
%
G
&季风间断期(下方的图是垂直方向轨迹示意图
W*
D
>#
!
W*J,OG2
I
H29X612
F
,96/1*,-92390326,GT*6)=?55RA:CEQP7/G,3H,3/T"OX7),*
D
)626%@%%SP(
%
&#!%E:P
&'%
2
&
L*/72--H01+O
*+
D8
,1*/G
)%
H
&
8
1,O7/+-//+
8
,1*/G
)%
9
&
7/+-//+
8
,1*/G
)%
G
&
7/+-//+H1,2X
8
,1*/G
恢复了近地面东风!但是由于燃烧的减弱!以及该
时期的前几天!对流层高层首先转变为东风!而低
层西风还未消失!
$
月'
号以后才逐渐转为东风!
因此对流层下层(?
浓度低于受东风影响的对流层
中层(从表$
中也可看出!季风建立期!
(?
浓度
高值聚集在地面以上$X7
左右高度!而季风间断
期前期!
(?
浓度大值出现的高度较高(以上情况
可能导致卷云中由对流风暴云中上升气流垂直输送
进卷云中的(?
也较少(由于新生成的卷云中的空
气来不及与周围空气混合!致使云中心部位(?
浓
度较小!造成与前面个例相反的情况!即云外(?
浓度"
云边"
云中心(
而?
!
和=?
"
=?
!
的浓度分布始终都是云内
大于云外!除了对流输送!这可能是由于对流风暴
过程中可以生成新的上述气体(在雷暴云中!闪电
过程可以产生大量的=?
"
=?
!
!电晕放电可产生
?
!
!这些新生成的气体在对流云内部与从对流层下
层以及云周围环境中夹卷到的该种气体一起被云内
上升气流输送进顶部卷云中!使得这些个例的卷云
砧内的=?
"
=?
!
和?
!
均都高于云外(图&
中=?
$!'
大!
气!
科!
学
()*+,-,./01+23/4567/-
8
),1*9:9*,+9,-
!!!
!
!"
卷
;/3<!"
图@
!
同图#
!但为高度#
"
MX7
W*
D
>@
!
:*7*3216/W*
D
>#
!
H06*+6),32
I
,1H,6T,,+# MX7
与=?
!
在云中有着比云外以及云下乃至近地面大
#
"
@
倍的高浓度!可能就是因为卷云砧中的该种
气体除了是从地面附近或对流云周围环境中夹卷再
输送进卷云砧中的以外!更多的应归因于对流云中
的闪电作用(但由于此次观测试验中没有对云中电
场进行观测!所以!这里无法给出定量结果(
B
!
讨论和结论
近年来!许多研究结果表明对流层上部的=?
!
大部分来自闪电 %
(106U,+
!
&'K%
)
=/]/+
!
&'K@
)
()27,*G,-,623>
!
&'KK
)
\1*44*+
D
!
&'KK
)张义军等!
$%%$
)杜健等!
$%%$
)杨文!
$%%!
&(虽然!闪电对
全球=?
!
收支的贡献在&%̂
"
$%̂
之间!但在对
流层上层却是决定性的源!只有$%̂
的=?
!
来自
地面的向上输送!闪电的贡献"
#%̂
%
:,*+4,3G2+G
C2+G*-
!
&''M
&(很多观测实验和模式模拟研究证
明!对流风暴云内的闪电可产生高浓度的=?
!
!并
能在对流云中输送(
.2G)2J,623>
%
&''@
&通过观测
发现风暴区域的=?
$
只有在闪电产生之后才有所
增加(郭凤霞等 %
$%%@
&利用三维强风暴动力电耦
合模式模拟分析了一次雷暴过程中的放电活动特
征!结果表明闪电能产生浓度高达'
88
H
的=?
!
(
C*9X,1*+
D
,623>
%
&''@
&通过对PZ5(NO5
实验中
卷云出流区域观测资料的分析和模式计算得出!在
!!'
#
期!
=/<#
银燕等'热带深对流云对(?
"
=?
"
=?
!
和?
!
的垂直输送作用
AQ=A2+,623>;,16*923P12+-
8
/16/4(?
!
=?
!
=?
!
!
2+G?
!
H
I
P1/
8
*923V,,
8
(/+J,96*J,(3/0G-
!!!
'>#X7
高度处卷云流出区的=?
!
至少有"%̂
是来
源于闪电作用 %该处=?
!
浓度的!
分钟平均值超过
&!%%
88
6
&!在&&>!X7
高度处的这个比例约为!$̂
%该处=?
!
浓度的!
分钟平均值范围处于#%%
"
K%%
88
6
!而相对不受风暴云影响的区域则为&#%
"
$%%
88
6
&(
E2H12G/1,623>
%
$%%'
&通过分析5(O
PQ;N
的另一个例也指出!对流云垂直输送和夹卷
作用可能导致由闪电产生=?
!
的增加(
.2G)2J,623>
%
&''@
&通过对季风建立时期的风
暴中?
!
的观测发现!风暴区域的?
!
浓度可高达
$#%
88
H
(他们发现!风暴云中的?
!
的增加可以有
以下几个原因'%
&
&闪电!%
$
&地面尖端放电!%
!
&
地面污染物的输送!%
"
&电晕放电 %云中放电过
程&(其中闪电产生占总量的$̂
"
!̂
)尖端放电
的贡献大约为%>#̂
)污染物输送的贡献视个例而
定!从清洁到污染的条件!贡献的范围在%
"
!%̂
之间)而电晕放电或云中放电过程的贡献最大!可
达K%̂
"
'M̂
(
V*9X,1-/+,623>
%
&'MK
&也指出!
云中电晕放电产生的?
!
浓度可达到$%%
88
H
(
本文结果认为卷云中(?
的来源主要来自于对
流云从对流层下层或云周围环境夹卷进对流云中的
(?
!再随对流云中强烈的上升气流输送进顶部卷
云中(至于对流层上层云砧外的(?
!可能来自远
距离输送作用 %
R,
I
,-,623>
!
$%%'
&(当低层(?
浓
度不够大!使得被对流输送到上层的不够多时!将
使云内(?
浓度小于云外(本文的结果也显示!输
送进入卷云砧内部的?
!
"
=?
和=?
!
除了上述作
用造成之外!还有可能是风暴卷云内部由不同机制
生成的新的?
!
"
=?
和=?
!
随着风暴内部强烈的
上升气流输送进云砧中的(
参考文献 "
C&2&'&.*&/
#
533,+\
!
;20
D
)2+\
!
L/T,1b=
!
,623>$%%M>5,1/-/32+G6129,O
D
2-7,2-01,7,+6-*+6),V21T*+21,2G01*+
D
6),T,6-,2-/+
#
.
$
>
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8
)
I
->Z,->
!
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6*9L2-*+G01*+
D
6),H01+*+
D
-,2-/+
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8
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&%&
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!
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!
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